漳河水库左岸煤矿地下透水通道流速探测.docx

1、文章编号：1001-5485(2009)SI-0123-04漳河水库左岸煤矿地下透水通道流速探测蔡莹'，高大水2,车清权I,向勇'（1.长江科学院水力学研究所，武汉443010；2.长江勘测规划设计研究院，武汉430010）摘要:湖北漳河水库李家洲煤矿突发透水事故后，情况危急，抢险首要任务必须查明地下透水通道。根据工程特点决定利用在地质钻孔内采用流速探测的方法确定具体漏水巷道位置。通过特制的流速探测设备对众多钻孔进行探测，迅速准确地找到了地下漏水通道，并在施T.堵水阶段该依裁流速作参考依据.成功地完成了本次工程透水抢险堵漏任务。关键词:透水;漏水通道;流速;探测中图分类号:TU

2、94.31文献标识码：A收稿日期:2009-07-30作者简介：整莹（】965）.男.湖北滞水人.高级工程师.主要从事工程水力学研究，（电话电子佰箱）caiy0121。1概况潦河水库位于湖北省江汉平原西部,地处荆门、宜昌、襄樊三市交界处,水库流域面积2980km2,正常高水位123.5m,总库容20.35x108m30漳河水利工程，以防洪、供水为主，兼有发电、水产、旅游、水电建筑安装、航运、林果品等综合效益。自1958年建库以来，累计拦截大于1000m3/s的洪峰46次,防洪减灾效益97.25亿元，累计提供工农业及城镇生活供水超过200xIO8a?。李家洲煤矿地处湖北

3、省荆门市东宝区李家洲，位于漳河水库左岸，矿区规划边界距水库121m水位线最近点约40m,该煤矿在漳河水库建设以前已有几十年的开采历史。2008年5月7日该煤矿在生产过程中发生了透水事故，透水出口最大流量:近3mVs,危及当阳市费家堡等7家煤矿及漳河下游湾溪镇马店村125户359人、44hm2耕地的安全。事故发生后，湖北省委、省政府高度重视，立即成立了事故凋查专家组，并指定长江水利委员会长江勘测规划设计研究院和中国葛洲坝集团股份有限公司作为此次事故的抢险勘察设计单位和施工单位。由于煤矿巷道定位资料残缺不全，难以宜接断定地下具体透水位置，必须进行勘查。按审故调查专家组的意见，对矿区附近1km多的炸

4、岸迅速展开了地质勘察和探查工作，通过地质渗漏钻孔初步分析透水区水文地质条件，随后对水情异常的钻孔进行流速探测，在明确透水通道的基础上再采取针对措施进行堵水施工。2流速探测目的及内容潭河水库李家洲煤矿地下通道曲折，突然发生透水事故，没有准确资料可供参考。通过在出水口设置的简易量水堰观察漏水量大并有逐渐增加的趋势，必须尽快采取措施确定水下漏水部位或通道。经邀请多家专业单位利用水下电视、多普勒流速仪、测温等多种手段会诊，发现库内水下地形复杂、障碍物多，难以探查到水下渗漏部位，与此同时在可能发生透水巷道的平面位置从岸边地面打流速探孔，以便流速探测确定地下漏水通道。在确定漏水通道后进行堵水施工时，对即时

5、流速数据进行监测，可为了解施工过程中堵水效果提供一项重要的参考指标,以便及时根据情况改进施工措施C流速探测的主要工作内容有:在渗漏通道探查期间，根据钻孔进度及时探测可疑钻孔内沿孔深的流速分布，确定探孔是否穿过透水巷道及巷道深度;在堵水施工期间，根据工程施工进展，随时测定钻孔透水巷道内的流速变化悄况，即时评价堵水效果，便于迅速改进施工方法。3钻孔流速探测技术漳河水库堵水施工期间，长江科学院水力学研究所承担r全过程钻孔流速探测工作。潦河水库渗漏探孔的深度大（最深约95m）,孔内水深（约40m）,孔径小（最小56mm）,由于地质原因孔壁粗糙，以前很少有类似工程及相关技术可供借鉴，工作具有一定的探索性

6、和难度°通过对工程特点详细了解，认为利用已有的“水下管涌探测仪”技术进行简单改造可以获得理想的探测效果。“水下管涌探测仪”是一种集定位、定量及可视于一体的探测水下集中渗流技术，具有直接、直观等多种实用功能，最小探测渗漏量为100mL/m2,该技术已获得国家专利，设备探测器可用于竖直小孔径内(孔径大于40mm)的流场测最，现有仪器探测流速范围在0.02-7.0m/s之间，可确定流向，耐水深度约40m。为本工程钻孔流速测量的特别需要，特改制3套探测设备。根据深孔、深水等特殊条件下流速测量要求，还需要对钻孔流速探测仪作必要的准备，并进行专门标定。探孔传感显示值为频率,应用前须采取专门的标定

7、措施建立频率-流速对应关系。水流的快慢宜接由传感器接收，传感器转动频率的大小也就与水流流速存在对应关系。通过专门标定，为本项目准备的3只传感器的频率-速标定数据和曲线分别见表1和图1。F传感器的探测直径为40mm、量程为0.03-1.35m/s；2f传感器的探测直径为51mm、量程为0.052.50m/s；3*传感器的探测直径为65mm、量程为0.12-3.50m/so表1传感器频率-流速率定表1,传感器2传感器3,传感，图1传感器频率-流速标定曲线图从流速率定成果可知：3传感器的标定点基本都在各自直线附近,都可用于本工程渗漏流速探测O实际测量时钻孔最大流速都不超过0.6m/s,常用1传感器测

8、量。水下传感器已多次在30m以内水深进行过流速探测，长时间应用于30m以上水下应用需要做些改进，并进行专门压水试骑。感应器改进密封措施后，经压水试验表明，都可在0.4MP&左右水压内连续正常工作10h以上,3传感器都能满足本项目现场探测要求。4钻孔流速探测实施步骤(1) 在重力作用下，将传感器从探孔孔口徐徐下降，并将流速仪的迎流方向固定指向水库方向；(2) 在要探测的孔深范围内沿孔深每隔1020cm设一个流速测点，依次待地面显示器显示数据稳定后实施各测点同一方向的流速测虻；(3) 测完一个方向的各点流速后，将传感器旋转45。90。，再每隔1020cm依次上升测量另一方向各测点流速分量C

9、在对测点流速测试过程中，如地面显示器有信号显示，则对该测点周围进行360。密集环测,流速最大值即为该部位的流速，其方向即为流向。5观测成果本项目钻孔流速测量分为渗漏通道探查阶段和堵水施工观测阶段。根据地质勘探要求，在渗漏区域内布置了众多探查孔,然后初步判断钻孔内水情,再从众多地质钻孔中筛选出12个钻孔作为流速探孔。根据流速实测及现场施工情况,本项目流速探测共分17个观测组次，完成29孔次的测量,总测流速点数近600个，最终测定5个钻孔穿过透水巷道,施工堵水在3较大口径钻孔。全部钻孔布置情况见示意图2,钻孔有关参数见表2。5.1探查阶段流速观测在探查漏水通道阶段，根据钻孔内水情初步判断，共进行了

10、10组次流速测量，探测17孔次，测定出2个探孔已穿过透水巷道°这一阶段探测的孔径最大为311mm、最小为56mm,最大测量;孔深度91m,最大水深37m,最大流速0.33m/so测量:过程中，根据现场情况适当调整流速测量方法。本阶段流速测量成果分别见表3至表5。表2流速测量钻孔表孔号孔径/mm探测深度/m最大水深/mDL17632-3830DL37625-31DL77612-198.5DL127619-2420-2767-11N476-568731CJW1-121988-9137CJWI-2311909238CJWI-331188923868*762769'7627大口径27

11、表3探查阶段流速成果表(1)71U-孔径/测深/测点/流速/水温/观测孔Jmmm个(ms-')r日期DLl76323840<0.0514DU7625-3160<0.05152008年DL77612-1930<0.05195月29日至DLI27619-2450<0.05196月1口20-2767-1140<0.0517注:表中为2,传感器测址值，探测时无信号显示.流速小于0.05m/s,表明钻孔都没有穿过透水巷道。表4探查阶段流速成果表(2)孔号孔径/mm测深/tn观测日期N47656872008年6月6日至6月7日注:采用2,传感器Wffio改变测址方法连

12、续测量3次，传感器都降至约65m因孔壁粗糙阻挡不能探测水面以下流速。表5探杳阶段流速及观测成果表(3)孔砂孔径/mm测深/m水深/m流速/(m8-1)水温/r观测日期89350.60.13CJW1-!21990360.90.192008年6月91371.10.2124日至25日CJWI-331190361.80.33注:朝中数据为】,传感器测M的最大值;测Nt过程中，CJW1-1孔内流速不稳定;数据表明CJW1-1.CJW1-3钻孔穿入透水巷道。5.2堵水施工阶段流速观测明确透水巷道后，进入工程堵水施工阶段。根据工程特点，本工程堵水主要是利用土工布膜袋从CJW1-1钻孔放入透水巷道内，然后向膜

13、袋内灌注水泥浆堵孔。在巷道堵水前、堵水过程中及堵水后，根据施工进展适时对CJW1-2,CJW1-3孔内流速进行观测和监测，在这一观测阶段还对靠近水库岸边的3个异常钻孔进行流速测量。本阶段流速测量共7个组次，共12孔次探测，确定穿入漏水通道内的钻孔增加到5个。钻孔孔径从76mm至311mm不等，最大测量深度近92m,最大测量水深约38m,探测的最大流速0.57m/so本阶段流速测量成果分别见表6至表9。表6第一次投放膜袋后CJW1-1流速成果表孔号孔深/m水深/m巷道高度/m测深/m频率流速/(mL)测量时间90.102.30.4290.402.60.47CJW-192.2037.602.209

14、0.701.20.2391.000.0<0.0390.301.40.2690.603.20.5790.901.8033CJW1-292.1037.501.7091.201.10.2191.500.80.162008年91.800.90.186月88.800.0<0.0329n89.200.90.1989.501.20.2489.800.80.16CJW1-391.4036.902.6090.100.40.1090.400.20.0790.700.20.0791.000.80.1691.300.60.14注:表中数据为1传感器测忱的最大值;测量过程中,CJWI-1,CJW1-3两孔内

15、流速不稳定;CJW1-2孔内在巷道高度以上约1m范桐内有弱信号显示;从数值nJ知CJWI-1.CJW1-2.CJW1-3三个钻孔都已穿入透水巷道。表7岸边钻孔内流速成果表孔号孔深/-m彗道高/m噂/频率流速/(ms)观测H期69*27.701.5027.000.0<0.0368,28.101.5027.500.60.142008年6月30口大口径127.500.60.13表8笫二次投膜袋过程中CJWI-2流速成果表测点深度/m频率值流速/(ms-*)测量时间1.70.321.90.35ona1.70.322008年7月1日1.60.3022：30-24：001.40.271.60.30备

16、注：监测过程中流速不稳定。表9第二次投膜袋后孔CJW1-1流速成果表测点深度/m频率值流速/(«»'*)测抵时间88.80.80.172008年7月2日89.52.80.5013:00-14：3090.110.206观测成果分析从探测成果可知：(1)在探查透水通道的初期，所测探孔DL1,DL3,DL7,DL12,20-2的流速都小于仪器可测的最低限值，孔内基本没有水流，探孔没有打入集中渗漏的通道;在探查后期，钻孔CJWI-1,CJW1-3在巷道深度范围内有流速显示，表明探漏钻孔已穿入透水采煤巷道，可明确漏水通道。通过后续探测可以确定CJW1-1,CJW1-2,CJW

17、1-3三个探孔在同一巷道上下游，三孔的平面间距3m左右，为后续定位堵水施工创造了有利条件。(2) 第一次从中间钻孔CJW1-1投放膜袋堵水施工后，测得CJW1-1内的流速最大值增加，流速高度分布范围减小，在其上游钻孔CJW1-3的巷道内流速减小，两孔最大流速位肯上升,其原因是堵水膜袋已在CJW1-1钻孔内填充了部分巷道底部过水断面(巷道原始断面约2mx2m)，表明第一次堵水已达到一定效果。位于CJW1-1钻孔下游的CJW1-2钻孔从流速沿高度分布情况看，在超出巷道顶Im左右高度的探孔内有信号显示，此处可能是巷道顶部有部分坍塌，具体情况须采取其他措施进一步查明。(3) 从第二次膜袋堵水过程中CJ

18、W1-2的流速监测和堵水后的CJW1-1观测成果分析，较第一次堵水后的流速变化不大,堵水效果不太明显。第三次采用小膜袋堵水，从出水【I观察效果也不明显,没有实施流速观测。通过改进施工方法后迅速堵水成功。(4) 探测过程中,CJW1-1,CJW1-2孔内流速不稳定，表明钻孔内水流处于紊流区间，可能是钻孔靠近巷道边壁或该处巷道断而突变。CJW1-3及68二69的孔内流速都比较稳定。(5) 根据堵水前孔内巷道流速(0.33m/s)和巷道过流面积(约4n?),初步推算探测期间漏水址大约在1.21.5n?/s之间，与此时出水量大致吻合;根据示踪剂从探孔投放到逸出点的时间间隔(约50min),可推算流程接

19、近1000m,比两点之间的直线长度约800m稍长一些，这也是合理的。7结论本项F1钻孔流速测量成果可直接反映出钻孔内水流情况，采用的测量技术方案可行，对成果的分析符合水力学原理以及工程实际情况。流速测量:成果可为探查渗漏通道、堵水设计及施工提供重要的参考依据。流速测量:表明：(1) 实施流速探测有利于科学、顺利地实施工程抢险，便于及时评价工程实施效果和该进施工措施。(2) 钻孔渗漏探查工作和堵水施工措施效果明显，方法可行，可为类似工程提供流速探测手段。(3) 钻孔流速测量为成功堵水发挥了有效的作用，圆满实现了探测的目的。(4) 该技术可用于病险水库及地下渗漏通道等渗漏工程的流速探测。参考文献：1陈崇德，陈晓东，周莉，等.漳河水库灌区灌溉管理现状结构分析J1.中国水利,2008,19:48-50.2蔡莹.水F管涌探测仪介绍C.全国水利水电工程安全评价及病者治理技术交流会论文集,武汉：长江水利委员会,2004：572-575.(编辑：曾小汉)DetectionofLeakingVelocityinCollieryUnderpassonLeftSideofZhangheR